[工学]ch1_计算机网络体系结构.ppt

第一章计算机网络 体系结构1.1 计算机网络概述1.1.1 计算机网络的定义计算机网络是利用通信设备和 传输介质，将分布在不同地理位置上 的具有独立功能的计算机相互联接， 在网络协议控制下进行数据通信，实 现资源共享1.1 计算机网络概述l核心是具有“独立功能的计算机互联” l计算机网络是计算机技术和通信技术相结 合的产物l计算机网络包括了网络硬件设备之间的互 联，以及系统软件之间的互联 l计算机网络的目的在于实现数据通信和资 源共享 l计算机网络是一种数据通信网络 1.1.2 计算机网络的产生与发展 计算机网络从形成、发展到广泛应用 经历了近50年的历史，大致可以分为以下 阶段 1）面向终端的计算机通信网络早期的计算机网络 产生于20世纪50年代 初1.1.2 计算机网络的产生与发展 2）分组交换网 现代意义的计算机网络产生于20世纪60 年代中期，网络基本结构如图所示 1.1.2 计算机网络的产生与发展 3）体系结构标准化的计算机网络 国际标准化组织（ISO）在1984年公布了OSI/RM（开放式系统互连参考模型）国际标准化网络体系结构，我们将这个时期的计算机网络称为第三代计算机网络。

1.1.2 计算机网络的产生与发展 4）Internet时代 目前，计算机网络的发展处于第4阶段，这个时期计算机网络的特点是：互连、高速和商业化应用 1.1.3 计算机网络系统的组成和功能计算机网络一般包括计算机系统、通信线路和通信设备、网络协议和网络软件四个部分计算机网络提供的各种功能称 为服务，最常见的服务有Web网页服务、FTP文件传输服务、E-mail服务、文件共享服务等 1.1.3 计算机网络系统的组成和功能1．计算机网络系统的组成从网络逻辑功能的角度，可将计算机网络分为资源子网和通信子网 1.1.3 计算机网络系统的组成和功能2．计算机网络的功能 Ø 资源共享Ø 信息通信Ø 分布式处理未来通信的目标是实现5W的个人通信 1.1.4 计算机网络的类型计算机网络有多种不同的分类方法， 最常用的分类方法是IEEE根据计算机网络地理范围的大小，将网络分为局域网、城域网和广域网1.2 计算机网络体系结构 计算机网络体系结构从整体角度抽象地定义了计算机网络的构成，说明了各个网络部件之间的逻辑关系和功能，规定了计算机网络协调工作的方法和必须遵守的规则1.2.1 网络协议与网络体系结构1．网络协议在计算机网络中，用于规定信息的格式，以及如何发送和接收信息的一系列规则或约定称为网络协议。

网络协议的三个组成要素是语法、语义和时序打的人工协议与网络协议的对比 1.2.1 网络协议与网络体系结构2．数据封装计算机网络进行通信时，数据必须进行封装（俗称为打包）数据封装就是将用户原始数据进行分段，分段的大小由网络协议规定，然后在分段的用户数据前面加上网络协议规定的头部和尾部，这种数据分段称为“数据包” 1.2.1 网络协议与网络体系结构2．数据封装计算机网络进行通信时，数据必须进行封装（俗称为打包）数据封装就是将用户原始数据进行分段，分段的大小由网络协议规定，然后在分段的用户数据前面加上网络协议规定的头部和尾部，这种数据分段称为“数据包” 1.2.1 网络协议与网络体系结构3．网络协议的分层为了减少网络协议的复杂性，专家们把网络 通信问题划分为许多小问题，然后为每一个问题 设计一个通信协议这样使得每一个协议的设计 、分析、编码和测试都比较容易协议分层就是按照信息的传输过程，将网络 的整体功能划分为多个不同的功能层，每一层都 向它的上一层提供一定的服务 1.2.1 网络协议与网络体系结构网络系统采用层次化结构有以下优点l各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细 节，可以做到各司其职。

l某个网络层次的变化不会对其他层次产生影响， 因此每个网络层次的软件或设备可单独升级或改 造，利于网络的维护和管理l分层结构提供了标准接口，使软件开发商和设备 生产商易于提供网络软件和网络设备l分层结构的适应性强，只要服务和接口不变，层 内实现方法可任意改变1.2.1 网络协议与网络体系结构4．分层原则l网络协议层次的数量不能过多，真正需要时才能 划分一个层次l网络协议层次的数量也不能过少，层次的数量应 保证能够从逻辑上将功能分开，不同的功能不要 放在同一层功能类似的服务应当放在同一层l在技术经常变化的地方可以适当增加层次l层次边界的选择要合理，用于信号控制的额外信 息流量要尽量少1.2.1 网络协议与网络体系结构5．网络体系结构计算机网络层次模型和各层协议的集 合称为计算机网络体系结构常见的计算机网络体系结构有 OSI/RM（开放系统互连参考模型）、 TCP/IP（传输控制协议/网际协议）等 1.2.2 OSI/RM网络体系结构 ISO提出的OSI/RM将计算机网络体系 结构划分为7个层次1.2.2 OSI/RM网络体系结构 1．物理层物理层处于OSI/RM的最低层，主要功能是 为网络提供物理连接。

该层将信息按比特（bit） 一位一位地从一台主机经传输介质送往另一台主 机，实现主机之间的比特流传送物理层包括了传输介质和部分网络设备，以 及信号从一个设备传输到另一个设备的规则物 理层的网络设备接口具有4个重要特性，即机械 、电气、功能和规程特性 1.2.2 OSI/RM网络体系结构 2．数据链路层数据链路层的主要功能是保证两个相邻节点 之间数据以“帧”为单位的无差错传输帧是一段字符组成的信息块，它包括用户数 据和一些必要的控制信息（帧头）、差错校验（ 帧尾）等数据链路层接收来自上层的数据，并且负责 把帧转发到物理层，同时处理接收端的应答，重 传出错和丢失的帧，保证按发送次序把帧正确地 传送给对方 1.2.2 OSI/RM网络体系结构 3．网络层网络层的主要功能是为网络内任意两个设备 之间的数据交换提供服务，并进行路由选择和流 量控制网络层传输的信息以报文分组为单位，分组 是将较长的报文按固定长度分成若干段，且每个 段按规定格式加上相关信息，如路由控制信息和 差错控制信息等网络层接收来自源主机的报文，并把它转换 为分组，然后按路由选择算法，确定送到指定目 标主机的路由，当分组到达目标主机后，再还原 成报文。

1.2.2 OSI/RM网络体系结构 4．传输层传输层也称为运输层或传送层，它的主要功 能是提供端到端的传输服务在两个用户之间，网络连接可能是一条点对 点的直接线路，也可能需要经过多种类型的通信 节点，传输层的目的是屏蔽不同网络节点之间的 差异，使源主机与目标主机之间的通信就像点对 点连接一样传输层信息传送单位是报文，它的工作是接 收会话层送来的数据（报文），报文太长时，先 把它分割成多个分组，再交给网络层，实现传输 层数据的传送 1.2.2 OSI/RM网络体系结构 5．会话层会话层也称为对话层，它的任务是为不同网络中的两个用户进程建立会话连接，并管理它们在该连接上的对话，使它们之间按顺序正确地完成数据交换会话层要为用户提供可靠的会话连接1.2.2 OSI/RM网络体系结构 6．表示层表示层主要解决用户数据格式和数据表示的 问题由于各种类型的计算机都有它们自己的内 部数据格式，因此需要某种转换机制来确保它们 之间的相互转换表示层的主要任务是把源主机内部的数据格 式，表示为适用于网络传输的格式；并且将接收 到的数据译码为应用层所理解的内容此外，该 层还完成数据压缩与恢复、数据加密与解密等功 能。

1.2.2 OSI/RM网络体系结构 7．应用层应用层的任务是负责两个应用程序进程之间的通信，即为网络用户之间的通信提供专用的应用程序，如网页浏览、电子邮件、文件传输、数据库存取等1.2.3 TCP/IP网络体系结构 TCP/IP（传输控制协议/网际协议） 由一系列网络协议组成，它广泛应用于 Internet，也是目前惟一能进行不同网络互 联的协议族1.2.3 TCP/IP网络体系结构 1．网络接口层 网络接口层是TCP/IP实现的物理基础 ，但是TCP/IP协议并没有详细定义网络接口层的具体内容也正因为如此，它为多 种不同的通信网络互联提供了良好的基础 1.2.3 TCP/IP网络体系结构 2．网络层 网络层也称为“网际层”，它由IP（网 际协议）、ARP（地址解析协议）、 ICMP（因特网报文控制协议）等协议组成 ，IP是其中最重要的协议IP协议的主要 功能是接收传输层送来的数据，并将它们 封装成IP数据包，然后把它们转发到网络 接口层；同时接收网络接口层送来的数据 ，去掉IP包头后，重新创建原来的数据， 然后将它们发送到目的主机上 1.2.3 TCP/IP网络体系结构 3．传输层 传输层由TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）两个协议组成，TCP提供可靠传输服务，但传输性能较低；UDP提供不可靠传输服务，但传输性能较高。

1.2.3 TCP/IP网络体系结构 4．应用层 应用层规定主机应用程序进程在通信时应当 遵循的协议由于TCP/IP提供的网络服务繁多 ，因此这层的网络协议也很多，常用的应用层协 议有：DNS（域名服务）协议；HTTP（超文本 传输协议）；SMTP（简单邮件传送协议）； FTP（文件传输协议）；Telnet（远程登录）等 应用层的许多协议都是工作在客户机/服务 器模式下客户和服务器指网络通信中所涉及的 两个应用程序进程，客户指网络服务的请求方， 服务器指网络服务提供方1.2.4 OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较 1．OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较（1）OSI/RM网络体系结构分为7层，自下而上为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层；而 TCP/IP网络体系结构分为4层，自下而上为：网络接口层、网络层、传输层和应用层1.2.4 OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较 1．OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较（2）OSI/RM主要考虑用一种开放的公用网络标准将各种不同的网络互联在一起；而 TCP/IP一开始就考虑到多种异构网络的互联问题。

1.2.4 OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较 1．OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较（3）OSI/RM层次之间存在严格的调用关系，两个（N）层之间的通信必须通过下一层（N-1），不能越级调用；而TCP/IP可以越过紧邻的下一层，直接使用更低层次所提供的服务，因而减少了一些不必要的开销，提高了协议的效率1.2.4 OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较 1．OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较（4）OSI/RM早期偏重于面向连接的服务，后来才开始制定无连接的服务标准；而 TCP/IP一开始就考虑了面向连接和无连接的服务1.2.4 OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较 1．OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较（5）OSI/RM与TCP/IP对可靠性的强调也不相同 OSI/RM在数据链路层、网络层和传输层都要 检测和处理传输错误而TCP/IP认为，网络可 靠性是端到端的问题，应由传输层来解决，因此 它允许单个链路或节点出现数据丢失或数据出错 现象，网络本身不进行错误恢复，丢失或出错数 据的恢复在源主机和目的主机之间进行，由传输 层完成这些工作。

1.2.4 OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较 1．OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较（6）OSI/RM在网络层提供面向连接的服务，将寻路、流量控制、顺序控制、确认、可靠性等带智能化问题，都纳入到网络层处理，留给末端主机的工作不多相反， TCP/IP则要求末端主机参与几乎所有的网络服务，对入网主机要求较高1.2.4 OSI/RM与TCP/IP网络体系结构的比较 2．五层网络体系结构教学模型1.3 网络的基本拓扑结构在计算机网络中，如果将各。